細(xì)胞骨架作用機(jī)理課件

細(xì)胞骨架作用機(jī)理Cytoskeleton細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架：真核細(xì)胞中的蛋白纖維立體網(wǎng)架體系。

狹義：指細(xì)胞質(zhì)骨架：微絲microfilament、微管microtubule、中間絲intemediatefilament

廣義：核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架、細(xì)胞外基質(zhì)特點(diǎn)：彌散性、整體性、變動性功能：維持細(xì)胞形態(tài)，保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性細(xì)胞運(yùn)動、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞分裂、基因表達(dá)、細(xì)胞分化概述細(xì)胞骨架作用機(jī)理MicrotubulesMicrofilamemtsIntermediatefilaments細(xì)胞骨架作用機(jī)理Low-magnificationimageofepithelialcellsstainedtoshowactin(inred),microtubules(ingreen)andDNA(inblue).

Notethefourroundedcellsundergoingcelldivision.

Cytoskeletonofaculturedepithelialcell.Microtubulesareshowningreen,actinisshowninredandDNAisinblue.ImagebySteveRogers.(FluorescenceMicroscope)細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架微管微絲中間纖維線粒體核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微絲確定細(xì)胞表面特征，使細(xì)胞能夠運(yùn)動和收縮。微管確定膜性細(xì)胞器的位置和作為運(yùn)輸導(dǎo)軌。中間纖維使細(xì)胞具有張力和抗剪切力。細(xì)胞骨架作用機(jī)理Thethreetypesofprotein細(xì)胞骨架作用機(jī)理第一節(jié)微管microtubule,MT微管普遍存在于真核細(xì)胞的胞質(zhì)中，分布于核周圍，呈放射狀向四周擴(kuò)散。在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運(yùn)輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。細(xì)胞骨架作用機(jī)理Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)細(xì)胞骨架作用機(jī)理光鏡下黃色熒光顯示微管細(xì)胞骨架作用機(jī)理光鏡下的微管細(xì)胞骨架作用機(jī)理電鏡下的微管細(xì)胞骨架作用機(jī)理真核細(xì)胞中微管所處的三種位置。細(xì)胞骨架作用機(jī)理特點(diǎn)和功能：存在于所有真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中；是真核細(xì)胞特有的保守性結(jié)構(gòu)；出現(xiàn)于細(xì)胞周期特定時(shí)刻或某一特定發(fā)育過程。在不同細(xì)胞有相同形態(tài)。是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，通過其亞單位的裝配和去裝配能適應(yīng)細(xì)胞的變化。呈網(wǎng)狀或束狀分布,與其他蛋白裝配成紡錘體、中心粒、鞭毛、纖毛、軸突和神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞形態(tài)的維持，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動和細(xì)胞分裂。細(xì)胞骨架作用機(jī)理一、分子結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)：是由微管蛋白二聚體裝配成的長管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，大小均勻一致，外徑25nm，內(nèi)徑15nm，微管壁由13條原纖維螺旋盤繞一周構(gòu)成。細(xì)胞骨架作用機(jī)理SingletDoubleTripletABABCInciliaandflagellaIncentriolesandbasalbodies微管有單管、二聯(lián)管和三聯(lián)管三種存在形式。細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架作用機(jī)理二、微管的化學(xué)組成化學(xué)組成：微管蛋白和微管相關(guān)蛋白。（一）微管蛋白tubulinα微管蛋白和β微管蛋白(球形酸性蛋白)是裝配成微管的基本亞單位。三級結(jié)構(gòu)相似，能緊密聯(lián)結(jié)在一起形成異二聚體，在進(jìn)化上高度保守。細(xì)胞骨架作用機(jī)理每條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β球蛋白構(gòu)成，均可結(jié)合GTP。α球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換。β球蛋白也是一種G蛋白，結(jié)合的GTP可發(fā)生水解，結(jié)合的GDP可交換為GTP。細(xì)胞骨架作用機(jī)理二、微管相關(guān)蛋白microtubuleassociatedproteins,MAPs1.概念：

2.MAP由兩個(gè)區(qū)域組成：

(1)堿性的微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域(2)酸性的突出結(jié)構(gòu)域細(xì)胞骨架作用機(jī)理I型：MAP1；分布于神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹突中，在其他非神經(jīng)細(xì)胞中也有。II型：MAP2，存在于樹突

MAP4，存在于神經(jīng)細(xì)胞核非神經(jīng)細(xì)胞Tau，存在于軸突和樹突MAPs可與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。3.種類：

4.功能：①促進(jìn)微管組裝。②增加微管穩(wěn)定性。③促進(jìn)微管聚集成束。細(xì)胞骨架作用機(jī)理具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是β球蛋白，(-)極是α球蛋白。可形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如軸突、纖毛、鞭毛。是微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。大多數(shù)微管處于動態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)（如紡錘體），具有踏車行為。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。紫杉酚能促進(jìn)微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。細(xì)胞骨架作用機(jī)理成核期（延遲期）：和微管蛋白聚合成短的寡聚體，核心形成。聚合期（延長期）：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，為微管延長。穩(wěn)定期（平衡期）：微管蛋白濃度達(dá)到臨界濃度，微管的組裝與去組裝速度相等。三、微管的裝配微管的組裝分三個(gè)時(shí)期：細(xì)胞骨架作用機(jī)理（一）微管組織中心是微管裝配的起始點(diǎn)

1、微管組織中心

microtubuleorganizingcenter,MTOCs是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，都具有γ微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。細(xì)胞骨架作用機(jī)理MTarenucleatedbyaproteincomplexcontaining-tubulinThecentrosomeisthemajorMTOCofanimalcells細(xì)胞骨架作用機(jī)理中心體由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。周圍是無定形物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM）。中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的γ球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環(huán)境，適宜溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成11條原纖維的微管。細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架作用機(jī)理（二）微管的體外組裝1.微管的組裝：條件：微管蛋白濃度、GTP、37℃、pH6.9。微管的裝配過程細(xì)胞骨架作用機(jī)理2.微管組裝—?jiǎng)討B(tài)不穩(wěn)定性模型(1)GTP-微管蛋白與微管末端親和性大—微管蛋白聚集。(2)GDP-微管蛋白與微管末端親和性小—微管蛋白解聚。GTP微管蛋白GDP微管蛋白(3)當(dāng)GTP-微管蛋白的組裝速度大于GTP的水解速度時(shí)，形成一GTP帽,微管延長。細(xì)胞骨架作用機(jī)理(4)

隨著GTP-微管蛋白濃度下降，不穩(wěn)定性。GTP微管蛋白GDP微管蛋白細(xì)胞骨架作用機(jī)理ThefunctionofGTP-tubulincapGTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？細(xì)胞骨架作用機(jī)理（三）微管的體內(nèi)組裝1.細(xì)胞內(nèi)微管組裝的特點(diǎn)：隨細(xì)胞周期和生理狀況處于動態(tài)變化之中，頻率高于體外。2.γ-微管蛋白環(huán)形復(fù)合體存在微管組織中心。細(xì)胞骨架作用機(jī)理

（四）影響微管組裝的因素

1.促進(jìn)微管組裝的因素：

微管蛋白濃度高于Cc、37℃、GTP和Mg2+存在時(shí)，微管組裝；

2.抑制微管組裝的因素：微管蛋白濃度低于Cc，低于4℃、高Ca2+

，微管解聚；3.藥物：紫杉醇：促進(jìn)微管的組裝。

秋水仙素、長春花堿：抑制微管的組裝。細(xì)胞骨架作用機(jī)理Antimitosisdrugs細(xì)胞骨架作用機(jī)理（一）、微管構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)的網(wǎng)狀支架，支持和維持細(xì)胞的形態(tài)。微管具有一定的強(qiáng)度，能夠抗壓和抗彎曲，給細(xì)胞提供機(jī)械支持力。五、微管的功能細(xì)胞骨架作用機(jī)理

維持細(xì)胞的形態(tài)固定與支持細(xì)胞器的位置紅色顯示微絲綠色顯示微管細(xì)胞骨架作用機(jī)理在細(xì)胞內(nèi)，微管作為內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)能壍?。具體功能由馬達(dá)蛋白（

motorprotein）：主要分為三類:1.動力蛋白（cytoplasmicdynein）2.驅(qū)動蛋白(kinesin)3.肌球蛋白（myosin)將物質(zhì)沿微絲運(yùn)輸（二）、微管參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸將物質(zhì)沿微管運(yùn)輸細(xì)胞骨架作用機(jī)理

1.驅(qū)動蛋白kinesin超家族：結(jié)構(gòu)：兩個(gè)球形的頭部：具有ATP活性，水解ATP產(chǎn)生能量，與微管結(jié)合；尾部與被轉(zhuǎn)運(yùn)分子結(jié)合。方向性：由微管的負(fù)端向正端，蛋白的運(yùn)動是一步一步地進(jìn)行的。細(xì)胞骨架作用機(jī)理2.微管動力蛋白（cytoplasmicdynein）超家族△由微管的正端向負(fù)端運(yùn)動△動力蛋白通過可溶的多亞基蛋白復(fù)合體與被運(yùn)輸物結(jié)合多亞基蛋白動力蛋白驅(qū)動蛋白細(xì)胞骨架作用機(jī)理Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年。由兩條相同的重鏈和種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成。作用：推動染色體的分離、驅(qū)動鞭毛的運(yùn)動、向著微管（-）極運(yùn)輸小泡。細(xì)胞骨架作用機(jī)理驅(qū)動蛋白動力蛋白沿微管運(yùn)輸?shù)鸟R達(dá)蛋白+細(xì)胞骨架作用機(jī)理（三）微管維持細(xì)胞器的定位和分布

線粒體的分布與微管相伴隨。游離核糖體附著于微管和微絲的交叉點(diǎn)上。（四）微管參與染色體的運(yùn)動，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂

微管是構(gòu)成有絲分裂器的主要成分。染色體的分裂和位移與微管馬達(dá)蛋白有關(guān)。細(xì)胞骨架作用機(jī)理有絲分裂時(shí)，微管形成紡錘體，牽引染色體到達(dá)分裂極細(xì)胞骨架作用機(jī)理1.形成紡錘體。細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架作用機(jī)理2.形成鞭毛和纖毛結(jié)構(gòu)：由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成；鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)；二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成；A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻；基體的微管組成為9+0。運(yùn)動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架作用機(jī)理纖毛桿部質(zhì)膜軸絲ABABABABABABABABABC2C19X2+2二聯(lián)體微管中央微管中央鞘（內(nèi)鞘）外臂內(nèi)臂動力蛋白BA輻條頭輻條管間連接絲細(xì)胞骨架作用機(jī)理第三節(jié)中間纖維直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。細(xì)胞骨架作用機(jī)理intermediatefilaments，IF細(xì)胞骨架作用機(jī)理細(xì)胞骨架作用機(jī)理Keratinfilamentsofepithelialcellsaretightlyanchoredtotheplasmamembranesatdesmosmesandhemidesmosomes細(xì)胞骨架作用機(jī)理一、類型分5類：角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細(xì)胞含有不同IF。通常一種細(xì)胞含有一種IF，少數(shù)含2種以上。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF。細(xì)胞骨架作用機(jī)理（一）角蛋白keratin表皮細(xì)胞特有，分α和β兩類，β型存在于細(xì)胞中，α型構(gòu)成頭發(fā)、指甲。單體分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維。（二）結(jié)蛋白desmin又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細(xì)胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。細(xì)胞骨架作用機(jī)理（三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白glialfibrillaryacidicprotein，存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞。起支撐作用。（四）波形纖維蛋白vimentin，存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來源的細(xì)胞中。（五）神經(jīng)纖絲蛋白neurofilamentprotein，是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。細(xì)胞骨架作用機(jī)理二、結(jié)構(gòu)與裝配（一）結(jié)構(gòu)由螺旋化桿狀區(qū)、球形頭部（N端）和尾部（C端）構(gòu)成。桿狀區(qū)高度保守，由螺旋1和螺旋2構(gòu)成，每個(gè)螺旋區(qū)分為A、B兩個(gè)亞區(qū)。細(xì)胞骨架作用機(jī)理intemediatefilaments，IF細(xì)胞骨架作用機(jī)理（二）IF的裝配過程：①兩個(gè)單體形成超螺